RU136139U1 - Pyrolysis Boiler - Google Patents

Abstract

1. Пиролизный котел, содержащий вертикально ориентированный корпус с входом для подачи топлива и выходом для отработанных газов, в нижней части корпуса расположена камера горения, сообщенная с входом для подачи топлива, и расположенная над ней, по меньшей мере, одна камера дожига, сообщенная с камерой горения, при этом камеры образованы горизонтально ориентированными перегородками, в средней части корпуса размещен блок подачи вторичного воздуха в камеру дожига, выполненный с возможностью распределения воздуха по объему камеры, а также теплообменный блок, при этом все стенки корпуса выполнены двойными с внешней изоляцией, отличающийся тем, что он содержит две камеры дожига, установленные одна над другой, при этом объем верхней камеры дожига составляет от 8 до 20% от объема нижней камеры дожига, а для подачи вторичного воздуха в камеру дожига использованы инжекторы.2. Котел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части камеры горения размещен слой катализатора.1. A pyrolysis boiler containing a vertically oriented housing with an input for supplying fuel and an outlet for exhaust gases, in the lower part of the housing there is a combustion chamber in communication with the inlet for supplying fuel, and at least one afterburner in communication with a combustion chamber, while the chambers are formed by horizontally oriented partitions, in the middle part of the housing there is a block for supplying secondary air to the afterburner, configured to distribute air throughout the chamber volume, as well as a ploco block, wherein all the walls of the casing are double with external insulation, characterized in that it contains two afterburners installed one above the other, while the volume of the upper afterburner is from 8 to 20% of the volume of the lower afterburner, and for feeding secondary air into the afterburner used injectors. 2. The boiler according to claim 1, characterized in that a catalyst layer is placed in the upper part of the combustion chamber.

Description

Техническое решение относится к области теплоэнергетики, а именно - к области средств генерирования тепловой энергии, и может быть использовано в промышленности, сельском хозяйстве, жилищно-коммунальном хозяйстве, на транспорте и других областях для автономного водяного отопления и воздушного обогрева, а также горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, зданий и сооружений: гаражей, теплиц, хранилищ, ферм, дачных домиков и т.д.The technical solution relates to the field of thermal energy, namely, to the field of means of generating thermal energy, and can be used in industry, agriculture, housing and communal services, transport and other areas for autonomous water heating and air heating, as well as hot water for residential and industrial premises, buildings and structures: garages, greenhouses, storages, farms, country houses, etc.

Для генерирования тепловой энергии предпочтительно использовать устройства, использующие возобновляемые твердотельные источники энергии, предпочтительно, дрова.To generate thermal energy, it is preferable to use devices using renewable solid-state energy sources, preferably firewood.

Известно (RU, свидетельство на полезную модель 20155, 2001) отопительное устройство для дровяного топлива, содержащее топочную камеру, на которой смонтирован кожух с разнесенными по высоте входным и выходным каналами для циркуляции теплоносителя, и помещенный в кожух пучок вертикальных дымогарных труб, сообщенных нижними концами с камерой, а верхними - с дымовой трубой, имеющей подвижную заслонку. На входах дымогарных труб установлены воздушные жиклеры, связанные с атмосферой. Жиклер смонтирован в диффузоре, установленном на входе соответствующей дымогарной трубы, а над диффузором расположен завихритель газового потока. Завихритель выполнен в виде втулки с эллиптическим проходным сечением, определяемым из соотношения d=(0,7-0,8)D, где d - малая ось эллипса, а D - большая ось эллипса, равная внутреннему диаметру дымогарной трубы. В дымовой трубе над заслонкой установлен завихритель газового потока. Кожух внутри разделен по высоте параллельными горизонтальными полуперегородками, расположенными в шахматном порядке. Кожух заполнен пористым теплоемким материалом, например металлической стружкой.It is known (RU, certificate for utility model 20155, 2001) a heating device for wood fuel containing a combustion chamber on which a casing is mounted with spaced inlet and outlet channels for circulating coolant, and a bundle of vertical smoke tubes communicated at the lower ends placed in the casing with a camera, and the top with a chimney with a movable damper. At the entrances of the smoke tubes, air jets connected to the atmosphere are installed. The nozzle is mounted in a diffuser installed at the inlet of the corresponding smoke tube, and a gas flow swirl is located above the diffuser. The swirler is made in the form of a sleeve with an elliptical bore, determined from the relation d = (0.7-0.8) D, where d is the small axis of the ellipse, and D is the large axis of the ellipse, equal to the inner diameter of the smoke tube. A gas flow swirl is installed in the chimney above the damper. The casing inside is divided in height by parallel horizontal half-walls arranged in a checkerboard pattern. The casing is filled with porous heat-resistant material, for example metal chips.

Недостатками известного устройства следует признать недостаточно высокий кпд, сложность конструкции применительно как в производстве, так и в обслуживании.The disadvantages of the known device should be recognized as not high enough efficiency, the complexity of the design with regard to both production and maintenance.

Известна (RU патент 2372555, 2009) горелка на древесном гранулированном топливе, содержащая корпус, бункер, вентилятор, сопла дутья, камеру сгорания и камеру дожигания. Кроме того, горелка содержит трубу-дозатор для подачи топлива в горелку, в корпусе горелки размещен шток с возможностью осевого перемещения и фиксации для регулирования расхода топлива, в штоке соосно установлен резьбовой стержень с конусным клапаном с возможностью плавного регулирования подачи первичного и вторичного воздуха в горелку посредством вентилятора, обеспечивающего подачу воздуха в бункер и горелку, при этом перед камерой сгорания и дожигания размещена пиролизная камера, а камеры сгорания и дожигания топлива размещены последовательно и представляют собой сопло горелки, соединенное по касательной с вихревой камерой сгорания, выполненной в виде полой цилиндрической обечайки, заглушенной в нижней части и зауженной в верхней части соответственно, с возможностью обеспечения вращательного движения продуктов сгорания топлива в вихревой камере, при этом кожух снабжен окном для розжига, бункер снабжен герметично закрывающейся крышкой, кроме того, горелка имеет дополнительный воздушный канал с клапаном для подачи первичного воздуха в бункер.Known (RU patent 2372555, 2009) is a wood pelletized fuel burner comprising a housing, a hopper, a fan, blast nozzles, a combustion chamber, and an afterburner. In addition, the burner contains a metering pipe for supplying fuel to the burner, a rod with axial movement and fixation for regulating fuel consumption is placed in the burner body, a threaded rod with a cone valve is coaxially installed in the rod with the ability to continuously control the supply of primary and secondary air to the burner by means of a fan supplying air to the hopper and burner, with a pyrolysis chamber placed in front of the combustion and afterburning chamber, and the combustion and afterburning chambers placed after and are a burner nozzle connected tangentially with a vortex combustion chamber made in the form of a hollow cylindrical shell, muffled in the lower part and narrowed in the upper part, respectively, with the possibility of providing rotational movement of the fuel combustion products in the vortex chamber, while the casing is provided with a window for ignition, the hopper is equipped with a hermetically sealed lid, in addition, the burner has an additional air channel with a valve for supplying primary air to the hopper.

Недостатком известного устройства следует признать ограничение в топливе (только гранулированное топливо - пеллеты), а также сложность конструкции, затрудняющее как производство устройства, так и его обслуживание. Кроме того, разогрев элементов устройства до 800-1000°C приводит к возникновению пожароопасности, так и к опасности для обслуживающего персонала.A disadvantage of the known device should be recognized as a restriction in fuel (only granular fuel - pellets), as well as the complexity of the design, which complicates both the manufacture of the device and its maintenance. In addition, the heating of the elements of the device to 800-1000 ° C leads to a fire hazard, and to a danger to staff.

Известна установка (RU, патент 2282788, 2006) обезвреживания и уничтожения твердых отходов, содержащая загрузочное устройство, камеру газификации с отверстиями вывода пиролизного газа, установленную в корпусе с возможностью образования зоны отбора пиролизного газа для подачи его в камеры сжигания и к внешнему потребителю, камеру дожигания, устройство отвода газообразных продуктов сжигания, при этом часть камер выполнена с возможностью полного сжигания пиролизного газа, другая часть камер сжигания - с возможностью получения при сжигании пиролизного газа газифицирующего агента и размещена в корпусе с возможностью подачи газифицирующего агента в камеру газификации. Установка снабжена дефлекторами, расположенными в камере дожигания и выполненными в виде плоских лент, охватывающих по винтовой линии камеру газификации, камеры сжигания пиролизного газа установлены под углом наклона винтовых линий дефлекторов таким образом, что образующиеся на выходе камер сжигания высокотемпературные скоростные потоки продуктов сгорания поступают в каналы, образованные винтовыми поверхностями дефлекторов и, двигаясь вдоль канала, омывают наружную поверхность камеры газификации, передавая ей большую часть тепловой энергии.A known installation (RU, patent 2282788, 2006) of neutralization and destruction of solid waste containing a loading device, a gasification chamber with pyrolysis gas outlet openings installed in the housing with the possibility of forming a pyrolysis gas extraction zone for supplying it to the combustion chambers and to an external consumer, the chamber afterburning, a device for removing gaseous products of combustion, while some of the chambers are made with the possibility of complete combustion of pyrolysis gas, the other part of the chambers with the possibility of obtaining pyro gas of the gasification agent and is placed in the housing with the possibility of supplying the gasification agent to the gasification chamber. The installation is equipped with deflectors located in the afterburner and made in the form of flat ribbons covering the gasification chamber along the helix, the pyrolysis gas combustion chambers are installed at an angle of inclination of the helical deflector lines so that high-temperature high-velocity flows of combustion products formed at the outlet of the combustion chambers enter the channels formed by the helical surfaces of the deflectors and moving along the channel, wash the outer surface of the gasification chamber, transferring most of the heat to it th power.

Известная установка может быть применена в качестве средства генерирования тепловой энергии, но к ее недостаткам следует отнести сложность конструкции, ограничивающие ее применение в бытовых условиях, также затрудняющее производство и обслуживание.The known installation can be used as a means of generating thermal energy, but its disadvantages include the complexity of the design, limiting its use in domestic conditions, which also complicates the production and maintenance.

Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2379596, 2010) теплогенератор, содержащий вертикально ориентированный корпус с входом для подачи топлива и выходом для отработанных газов, включающий, по меньшей мере, три камеры: камеру горения в нижней части корпуса и расположенные над ней две камеры дожига, при этом камеры образованы горизонтально ориентированными перегородками, расположенными с зазором относительно стенок корпуса для прохода продуктов горения, блок регулируемой подачи воздуха, расположенный в нижней части камеры горения; блок подачи вторичного воздуха в камеру дожига, расположенную непосредственно над камерой горения, и выполненный с возможностью распределения воздуха по объему камеры; теплообменный блок, при этом все стенки корпуса выполнены двойными с внешней изоляцией.The closest analogue of the developed technical solution can be recognized (RU, patent 2379596, 2010) as a heat generator containing a vertically oriented housing with an input for supplying fuel and an outlet for exhaust gases, including at least three chambers: a combustion chamber in the lower part of the housing and there are two afterburners above it, while the cameras are formed by horizontally oriented partitions located with a gap relative to the walls of the housing for the passage of combustion products, an adjustable air supply unit, dix the bottom of the combustion chamber; a block for supplying secondary air to the afterburner, located directly above the combustion chamber, and configured to distribute air throughout the chamber; heat exchange unit, while all the walls of the casing are double with external insulation.

Недостатком известного устройства следует признать недостаточную его эффективность.A disadvantage of the known device should be recognized as insufficient.

Техническая задача, решаемая настоящим устройством, состоит в разработке средства генерирования тепловой энергии с использованием твердого топлива.The technical problem solved by this device is to develop a means of generating thermal energy using solid fuel.

Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении эффективности генерирования тепловой энергии.The technical result achieved by the implementation of the developed device is to increase the efficiency of generating thermal energy.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать пиролизный котел разработанной конструкции. Пиролизный котел разработанной конструкции содержит вертикально ориентированный корпус с входом для подачи топлива и выходом для отработанных газов, в нижней части корпуса расположена камера горения, сообщенная с входом для подачи топлива, и расположенная над ней, по меньшей мере, одна камера дожига, при этом камеры образованы горизонтально ориентированными перегородками, в средней части корпуса размещен блок подачи вторичного воздуха в камеру дожига, выполненный с возможностью распределения воздуха по объему камеры, а также теплообменный блок, при этом все стенки корпуса выполнены двойными с внешней изоляцией. Разработанное устройство отличается от известного тем, что оно содержит две камеры дожига, установленные одна над другой, при этом объем верхней камеры дожига составляет от 8 до 20% от объема нижней камеры дожига, а для подачи вторичного воздуха в камеру дожига использованы инжекторы.To achieve the specified technical result, it is proposed to use a pyrolysis boiler of a developed design. The pyrolysis boiler of the developed design contains a vertically oriented housing with an inlet for fuel supply and an outlet for exhaust gases, in the lower part of the housing there is a combustion chamber in communication with the fuel inlet and at least one afterburning chamber located above it, wherein the chamber formed by horizontally oriented partitions, in the middle part of the housing there is a block for supplying secondary air to the afterburner, configured to distribute air throughout the chamber, as well as heat exchange nny block, wherein all the double wall body formed with external insulation. The developed device differs from the known one in that it contains two afterburners installed one above the other, the volume of the upper afterburner being from 8 to 20% of the volume of the lower afterburner, and injectors were used to supply secondary air to the afterburner.

В ходе проведения отработки данной конструкции было установлено, что использование одной камеры дожига не позволяет полностью утилизировать образовавшиеся в камере горения продукты пиролиза (пиролизных газов) с максимальным эффектом выделения тепловой энергии. Также было установлено, что расположение двух камер пиролиза параллельно друг другу не только усложняет конструкцию котла за счет сложности подвода продуктов пиролиза последовательно в обе камеры дожига, но и не позволяет полностью их утилизировать. Поэтому камеры дожига разместили одну над другой с получением максимального возможного результата для этого признака. В ходе экспериментов было установлено, что существенным для утилизации продуктов пиролиза с выделением тепловой энергии является соотношение объемов камер дожига. Экспериментально было установлено, что оптимальным является использование второй (верхней) камеры дожига, объем которой составляет от 8 до 20% от объема нижней камеры дожига. В этом случае утилизация продуктов пиролиза позволяет получить максимальный эффект по выделению тепловой энергии. Также было выявлено влияние на эффективность выделения тепловой энергии условий подачи вторичного воздуха в нижнюю камеру дожига. Как было экспериментально установлено, наибольший эффект может быть получен при использовании для подачи вторичного воздуха инжекторов. Количество инжекторов задано объемом камеры дожига. В предпочтительном варианте реализации котел содержит до 80 инжекторов, преимущественно равномерно распределенных по поперечному сечению котла.During the development of this design, it was found that the use of a single afterburner does not allow to completely utilize the pyrolysis products (pyrolysis gases) formed in the combustion chamber with the maximum effect of heat energy release. It was also found that the location of two pyrolysis chambers in parallel to each other not only complicates the design of the boiler due to the difficulty of supplying pyrolysis products sequentially to both afterburners, but also does not allow to completely utilize them. Therefore, the afterburners were placed one above the other to obtain the maximum possible result for this feature. During the experiments, it was found that the ratio of the volumes of the afterburners is essential for the disposal of pyrolysis products with the release of thermal energy. It was experimentally established that the use of a second (upper) afterburner chamber, the volume of which is from 8 to 20% of the volume of the lower afterburner chamber, is optimal. In this case, the disposal of pyrolysis products allows you to get the maximum effect on the release of thermal energy. It was also revealed the influence on the efficiency of heat energy release of the conditions for supplying secondary air to the lower afterburner. As was experimentally established, the greatest effect can be obtained by using injectors for supplying secondary air. The number of injectors is given by the volume of the afterburner. In a preferred embodiment, the boiler contains up to 80 injectors, mainly uniformly distributed over the cross section of the boiler.

Предпочтительно, в верхней части камеры горения размещен неподвижный слой катализатора. В качестве катализатора могут быть использованы хлорид натрия или калия, хлориды металлов группы железа, шамотовый кирпич.Preferably, a fixed catalyst bed is placed at the top of the combustion chamber. As a catalyst, sodium or potassium chloride, metal chloride of the iron group, and fireclay brick can be used.

Конструкция разработанного пиролизного котла в базовом варианте приведена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, камера 2 горения, нижняя камера 3 дожига, верхняя камера 4 дожига, перегородка 5 между камерами дожига 3 и 4, перегородка 6 между камерой 2 горения и нижней камерой 3 дожига, щель 7 для прохода пиролизных газов в перегородке 6, зазор 8 между перегородкой 5 и корпусом 1, инжекторы 9, загрузочное окно 10, штуцер 11 входа в теплообменник, трубы 12 теплообменника, штуцер 13 выхода теплообменника, средство 14 подачи вторичного воздуха, средство 15 подачи воздуха в камеру 2 горения, газоотвод 16.The design of the developed pyrolysis boiler in the basic version is shown in the figure, with the following notation: case 1, combustion chamber 2, lower afterburner 3, upper afterburner 4, partition 5 between the afterburners 3 and 4, partition 6 between the combustion chamber 2 and bottom chamber 3 afterburning, slot 7 for the passage of pyrolysis gases in the partition 6, the gap 8 between the partition 5 and the housing 1, the injectors 9, the loading window 10, the nozzle 11 of the inlet to the heat exchanger, the pipe 12 of the heat exchanger, the nozzle 13 of the output of the heat exchanger, the means of supplying secondary th air, the air supply means 15 into the combustion chamber 2, the gas outlet 16.

Пиролизный котел содержит вертикально ориентированный корпус 1, объем которого разделен двумя горизонтально ориентированными перегородками 5 и 6 на три камеры: камеру 2 горения в нижней части корпуса и расположенные над ней две камеры дожига: нижнюю 3 и верхнюю 4. При этом в камере 2 горения выполнено загрузочное окно 10, приспособленное для подачи твердого топлива. Стенки корпуса 1 предпочтительно выполнены двойными с внешней теплоизоляцией. Внутри стенок проходят трубы 12 теплообменника, в нижней части корпуса 1 на его боковой поверхности установлен штуцер 11 входа в теплообменник, в верхней части корпуса 1 установлен штуцер 13 выхода теплообменника. В перегородке 6 выполнена щель 7 для передачи пиролизных газов из камеры 2 горения в нижнюю камеру 3 дожига. В перегородке 5 выполнен зазор 8 для прохода пиролизных газов и продуктов их дожига. В верхней части корпуса 1 установлен газоотвод 16. На средней части корпуса 1 расположено средство 14 подачи вторичного воздуха в нижнюю камеру 3 дожига через инжекторы 9, подключенные к средству 14 трубопроводами (не показаны). В нижней части корпуса 1 установлено средство 15 подачи воздуха в камеру 2 горения.The pyrolysis boiler contains a vertically oriented housing 1, the volume of which is divided by two horizontally oriented partitions 5 and 6 into three chambers: a combustion chamber 2 in the lower part of the housing and two afterburners located above it: the lower 3 and upper 4. In this, the combustion chamber 2 is made loading window 10 adapted to supply solid fuel. The walls of the housing 1 are preferably made double with external thermal insulation. Heat exchanger tubes 12 pass through the walls, a nozzle 11 for entering the heat exchanger is mounted on its side surface at the bottom of the housing 1, and a heat exchanger outlet fitting 13 is installed at the top of the housing 1. In the partition 6, a slot 7 is made for transferring pyrolysis gases from the combustion chamber 2 to the lower afterburner 3. In the partition 5, a gap 8 is made for the passage of pyrolysis gases and products of their afterburning. A gas outlet 16 is installed in the upper part of the housing 1. On the middle part of the housing 1 there is a means 14 for supplying secondary air to the lower afterburning chamber 3 through injectors 9 connected to the means 14 by pipelines (not shown). In the lower part of the housing 1, a means 15 for supplying air to the combustion chamber 2 is installed.

Пиролизный котел разработанной конструкции работает следующим образом.The pyrolysis boiler of the developed design works as follows.

Осуществляют розжиг на сухом твердом топливе (предпочтительно, дрова) и прогрев пиролизного котла до достижения необходимой температуры теплоносителя (50-60°C) в трубах 12. Затем осуществляют основную загрузку твердого топлива через загрузочное окно 10. При этом для основной загрузки может быть использовано любое твердое топливо, в том числе и влажное. После возгорания загруженного топлива ограничивают подачу воздуха в камере 2 горения с получением режима беспламенного горения. При этом в камере горения 2 происходит активное тление топлива с образованием пиролизных газов.Ignition is carried out on dry solid fuel (preferably firewood) and the pyrolysis boiler is heated to the required coolant temperature (50-60 ° C) in the pipes 12. Then the main load of solid fuel is carried out through the loading window 10. In this case, the main load can be used any solid fuel, including wet. After ignition of the loaded fuel, the air supply in the combustion chamber 2 is limited to obtain a flameless combustion mode. In the combustion chamber 2, there is an active smoldering of the fuel with the formation of pyrolysis gases.

Образующиеся в камере 2 горения 4 пиролизные газы поступают через щель 7 в нижнюю камеру 3 дожига. Вторичный (подогретый) воздух через средство 14 и инжекторы 9 поступает в нижнюю камеру 3 дожига, смешивается с пиролизными газами, при этом происходит дожигание (доокисление) пиролизных газов с выделением значительного количества тепловой энергии, поглощаемой теплоносителем, находящимся в трубах 12. Остаточные пиролизные газы поступают в верхнюю камеру 4 дожига, где и завершается процесс доокисления пиролизных газов с выделением тепловой энергии, также поглощаемой теплоносителем, находящимся в трубах 12. Отходящие газы выводятся из устройства через газоотвод 16.The pyrolysis gases formed in the combustion chamber 2 4 enter through the slot 7 into the lower afterburner 3. Secondary (heated) air through the means 14 and injectors 9 enters the lower afterburner 3, mixes with pyrolysis gases, and the pyrolysis gases are afterburned (oxidized) with the release of a significant amount of thermal energy absorbed by the coolant in the pipes 12. Residual pyrolysis gases enter the upper afterburning chamber 4, where the process of further oxidation of the pyrolysis gases is completed with the release of thermal energy, also absorbed by the coolant in the pipes 12. The exhaust gases are removed from the device Twa through the gas outlet 16.

Проведенные исследования коэффициента полезного действия (КПД) в соответствие с ГОСТ 9817-95 показали, что кпд разработанного пиролизного котла составляют 96%, в то время как кпд устройства-прототипа 93%.The studies of the efficiency coefficient (Efficiency) in accordance with GOST 9817-95 showed that the efficiency of the developed pyrolysis boiler is 96%, while the efficiency of the prototype device is 93%.

Claims (2)

1. Пиролизный котел, содержащий вертикально ориентированный корпус с входом для подачи топлива и выходом для отработанных газов, в нижней части корпуса расположена камера горения, сообщенная с входом для подачи топлива, и расположенная над ней, по меньшей мере, одна камера дожига, сообщенная с камерой горения, при этом камеры образованы горизонтально ориентированными перегородками, в средней части корпуса размещен блок подачи вторичного воздуха в камеру дожига, выполненный с возможностью распределения воздуха по объему камеры, а также теплообменный блок, при этом все стенки корпуса выполнены двойными с внешней изоляцией, отличающийся тем, что он содержит две камеры дожига, установленные одна над другой, при этом объем верхней камеры дожига составляет от 8 до 20% от объема нижней камеры дожига, а для подачи вторичного воздуха в камеру дожига использованы инжекторы.1. A pyrolysis boiler containing a vertically oriented housing with an input for supplying fuel and an outlet for exhaust gases, in the lower part of the housing there is a combustion chamber in communication with the inlet for supplying fuel, and at least one afterburner in communication with a combustion chamber, while the chambers are formed by horizontally oriented partitions, in the middle part of the housing there is a block for supplying secondary air to the afterburner, configured to distribute air throughout the chamber volume, as well as a ploco block, wherein all the walls of the casing are double with external insulation, characterized in that it contains two afterburners installed one above the other, while the volume of the upper afterburner is from 8 to 20% of the volume of the lower afterburner, and for feeding secondary air into the afterburner used injectors. 2. Котел по п.1, отличающийся тем, что в верхней части камеры горения размещен слой катализатора.

2. The boiler according to claim 1, characterized in that a catalyst layer is placed in the upper part of the combustion chamber.

Images